电工学第六章教案
《电工学第六》课件
接地技术
解释接地的基本原理,以 及不同接地方式的应用场 景和优缺点。
防雷保护装置
介绍常见的防雷保护装置 ,如避雷针、避雷线等。
05
电工实验与实践
电工实验的基本要求
实验安全
确保实验环境安全,遵守实验操作规程, 避免发生意外事故。
实验操作
按照实验步骤进行操作,认真观察实验现 象,记录实验数据。
实验准备
电工学的发展Βιβλιοθήκη 势与挑战数字化转型随着物联网、大数据和人工智能等技术的发展,电工学正朝着数字 化转型的方向发展,需要解决数据安全和隐私保护等问题。
可持续性和环保
在能源危机和环境问题日益严重的情况下,电工学需要关注可持续 性和环保,研究如何降低能源消耗和减少环境污染。
智能化和自动化
利用先进的信息通信技术,实现电工设备和系统的智能化和自动化, 提高生产效率和安全性。
等。
电工学的发展历程
总结词
电工学的发展历程
详细描述
电工学的发展经历了从静电学到交流电学的演变,以及电子技术和计算机技术的飞速发展,为 现代电工学打下了坚实的基础。
电工学在日常生活中的应用
总结词
电工学在日常生活中的应用
详细描述
电工学在日常生活中无处不在,如电力供应、照明、通讯、交通等,都离不开电工学的应用。
安全用电常识
01 安全用电的意义
强调安全用电的重要性,以及不安全用电可能带 来的危害。
02 触电的种类与防护
介绍常见的触电类型,如单相触电、两相触电等 ,并给出相应的防护措施。
03 电气火灾的预防与扑救
讲解如何预防电气火灾以及在火灾发生时如何正 确扑救。
防雷与接地技术
雷电的形成与危害
第6章电工基础教案1
新课《电工基础》课程教案周次第7、8周课型新授课课时4课时授课教师王春举授课班级13春机电电子班、机电数控班授课题目6-1电磁感应现象6-2感应电流的方向教学目标(知识、能力、态度)1.理解电磁感应现象。
2.掌握产生感应电流的条件。
3.掌握楞次定律和右手定则。
教学重点及难点重点:1.产生感应电流的条件。
2.楞次定律和右手定则。
难点:1.判断是否产生感应电流。
2.楞次定律和右手定则的应用。
教学方法及手段讲授学法指导讲授指导教具或学具黑板、PPT教学过程教学内容及教师活动学生活动课前复习1.电流产生的磁场。
2.右手螺旋定则的内容。
第一节电磁感应现象1.演示(1)让导体AB在磁场中向前或向后运动。
学生听练现象:电流表指针发生偏转,说明电路中有了电流。
(2)导体AB静止或做上、下运动。
现象:电流表指针不发生偏转,说明电路中无电流。
结论I:1.闭合电路中的一部分导体做切割磁感线运动时,电路中就有电流产生。
2.演示(1)把磁铁插入线圈或从线圈中抽出。
现象:电流表指针发生偏转。
(2)磁铁插入线圈后静止不动,或磁铁和线圈以同一速度运动。
现象:电流表指针不偏转,说明闭合电路中没有电流。
结论II:只要闭合电路的一部分导体切割磁感线,电路中就有电流产生。
3.演示如图6-3(1)打开开关、合上开关或改变A中的电流。
现象:与B相连的电流表指针偏转,说明B中有电流。
结论III:在导体和磁场不发生相对运动时,只要穿过闭合电路的磁通发生变化,闭合电路中就有电流产生。
分析结论I、II、III得总结论:①产生感应电流的条件:只要穿过闭合电路的磁通发生变化,闭合电路中就有电流产生。
②电磁感应现象:利用磁场产生电流的现象叫电磁感应现象。
产生的电流叫感应电流。
讨论:1.如图所示,在通电直导线旁有一矩形线圈,下述情况下,线圈中有无感应电流?为什么?(1)线圈以直导线为轴旋转。
(2)线圈向右远离直导线而去。
第二节感应电流的方向判断感应电流方向的方法:(1)右手定则(2)楞次定律一、右手定则1.内容:伸开右手,使大拇指与其余四指垂直,并且都与手掌在一个平面内,让磁感线垂直进入手心,大拇指指向导体运动方向,这时四指所指的方向为感应电流的方向。
电工学(电工技术)第七版上册第六章电子教案
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电工技术基础 第六章 电磁感应新教案
电工技术基础第六章电磁感应
电工技术基础第六章电磁感应
学生归纳
电工技术基础第六章电磁感应
与1.知道感应电动势的概念,会区分Φ、ΔΦ、的物理意义。
2.理解法拉第电磁感应定律的内容和数学表达式,并能应用解答有关问题。
3.知道公式的推导过程及适用条件,并能应用解答有关问题。
4.通过学生对实验的操作、观察、分析,找出规律,培养学生的动手操作能力,观察、分析、总结规律的能力。
的情感。
教学重点:法拉第电磁感应定律的建立过程以及对公式、的理解。
教学难点:对Φ、ΔΦ、物理意义的理解
总结重点、难点通过本节课的学习,同学们要掌握计算
感应电动势大小的方法,理解公式
和的意义。
电工第六章教案
式变压器。
它的低压绕组靠近铁心放置,高压绕组绕在低压绕组的外面。
图6-2为一壳式变压器,它的高、低压绕组都绕在当中的铁心柱上,因此当中的铁心柱的截面积为两变压器工作时,因有铁损耗和铜损耗(即绕组的电阻功率损耗)致使铁心和绕组发热,因此,必须考虑其冷却问题。
变压器按冷却方式可分为自冷式和油冷式两种。
在油)内,使其产生的热量通过油传给箱壁而散发到空气中去。
为了增加散热量,在箱壁上装有散热管来扩大其冷却表面,并促进油的对流作用。
具有散热管油箱的三相变压器课外作业:为什么变压器的铁心要用硅钢片叠成?能否用整块的铁心?而副绕组开路(即不与负载接通),变压器的作用下,原绕组中便有交变电流i0通过,称为空载电流,其有约为额定电流的3~8%。
空载电流通过匝数为在同一个闭合的磁路上,仅有很少的一部分沿着副绕组周围的空间而闭合,如图6-5中所示。
这部分仅与副绕组相交链而不与原绕组相相交链的磁通,称为副绕组的漏)所示的电路中,变压器副方的负载阻(a )副方有负载阻抗的变压器 (b 图6-7 用等效阻抗'L Z =代替原、副绕组和L Z =22I U (a )的等效电路。
当副方的负载阻抗L Z 一定时,通过选取不同匝数比的变压器得到不同的等效阻抗值。
在电子线路中,有时需要利用变压器进行阻抗变换,把接在副方的负载阻抗变换为适当数值的原方等效阻抗,从而使负载与电源相匹配,以获得较高的功率输出。
│110V 的变压器,能否用来把440V 的电压降低至?为什么?应为绕组BC的额定电压),则在绕组AC所示是三相自耦变压器,它的三个绕组通常作星形连接,三相自耦变压器常自耦变压器的优点是:构造简单,节省用铜量,效率比普通的变压器高。
其缺点是:副方电路与原方电路有电的联系,故原副方电路的绝缘应采用同一等级。
例如,用自耦则副方电路的绝缘也都要按6000V的电压来考虑。
这样非但不经济,而且对工作人员来说也是很危险的。
因此,自耦变压器的变压比一般B常做成能沿线圈自由滑动的触头,因而可以平滑地调节副方电压。
电工技术-第6章讲稿 [兼容模式]
u20
28
在负载状态下,由于副绕组的电 阻 R2 和漏抗 X 1 很小,其上的电压远 小于 E2 ,仍有:
E U 2 2 U 2 E 2 4.44 fN 2 m U 1 E1 N 1 k U 2 E2 N 2
结论:改变匝数比,就能改变输出电压。
原边 绕组
Φ
u2
i2
RL
副边 绕组
单相变压器
23
铁心 变压器的组成 线圈(又称绕组) 铁心 变压器铁心用具有绝缘层的0.35~0.5mm厚的硅 钢片叠成。 线圈 小容量变压器多用高强度漆包线绕制。 大容量变压器可用绝缘铜或铝线绕制。
24
心式结构 变压器的主要结构 壳式结构 心式结构:变压器的铁心被绕组包围。多用于电力变压器 壳式结构:变压器的铁心包围绕组。常用于小容量变压器 自然冷却—小容量变压器 变压器的冷却方式 油冷式—大容量变压器
U 1 E1 4.44 fN1 m E R I jX I 副绕组的电压方程: U 2 2 2 2 2 2
0 ,电压 U E 空载时副绕组电流 I 20 2 2 i2 U 20 E2 4.44 fN 2 m i10 U1 E1 N1 u1 e1 k e 2 U 20 E2 N 2
原绕组匝数为N1,电压u1,电流i1,主磁电动 势 e1 ,漏磁电动势 eσ1 ;副绕组匝数为 N2 ,电压 u2 ,电流i2 ,主磁电动势e2 ,漏磁电动势eσ2 。
27
1.电压变换
RI 原绕组的电压方程: U 1 1 1 jX 1 I1 E1 E 忽略电阻R1和漏抗Xσ1的电压,则: U 1 1
10
B
H
电工学支路电流法教案
电工学-支路电流法教案第一章:支路电流法概述1.1 学习目的了解支路电流法的概念、原理和应用,掌握支路电流法的基本步骤。
1.2 教学内容1.2.1 支路电流法的概念1.2.2 支路电流法的原理1.2.3 支路电流法的应用1.2.4 支路电流法与节点电压法的比较1.3 教学方法采用讲解、示例、练习相结合的方式进行教学。
1.4 教学要点1.4.1 支路电流法的定义1.4.2 支路电流法的基本步骤1.4.3 支路电流法的应用示例1.5 练习题1.50 解释支路电流法的概念。
1.51 简述支路电流法的原理。
1.52 列举支路电流法的应用实例。
1.53 比较支路电流法和节点电压法的异同。
第二章:支路电流法的基本步骤2.1 学习目的掌握支路电流法的基本步骤,能够独立完成简单的电路分析。
2.2 教学内容2.2.1 支路电流法的基本步骤2.2.2 支路电流法的解题技巧2.3 教学方法通过示例和练习,引导学生掌握支路电流法的基本步骤。
2.4 教学要点2.4.1 支路电流法的基本步骤2.4.2 支路电流法的解题技巧2.5 练习题2.50 简述支路电流法的基本步骤。
2.51 利用支路电流法分析下列电路,求出各支路电流。
第三章:支路电流法在复杂电路中的应用3.1 学习目的掌握支路电流法在复杂电路中的应用,能够解决实际问题。
3.2 教学内容3.2.1 复杂电路的支路电流法分析3.2.2 支路电流法在实际问题中的应用3.3 教学方法通过案例分析和练习,让学生熟悉支路电流法在复杂电路中的应用。
3.4 教学要点3.4.1 复杂电路的支路电流法分析3.4.2 支路电流法在实际问题中的应用3.5 练习题3.50 简述复杂电路的支路电流法分析步骤。
3.51 利用支路电流法分析下列复杂电路,求出各支路电流。
第四章:支路电流法在交流电路中的应用4.1 学习目的掌握支路电流法在交流电路中的应用,能够分析交流电路的特性。
4.2 教学内容4.2.1 交流电路的支路电流法分析4.2.2 支路电流法在交流电路中的应用示例4.3 教学方法通过讲解和练习,让学生了解支路电流法在交流电路中的应用。
第6章电工基础教案6
新课《电工基础》课程教案周次第18周课型新授课课时1课时授课教师王春举授课班级13春机电电子班、机电数控班授课题目6 — 7涡流和磁屏蔽教学目标(知识、能力、态度)1.掌握涡流的概念及减小涡流的方法。
2.了解磁屏蔽的概念及常用的磁屏蔽措施。
教学重点及难点重点:1.涡流的概念及减小涡流的方法。
2.常用的磁屏蔽措施。
难点:互感线圈串联等效电感的推导。
教学方法及手段讲授学法指导讲授指导教具或学具黑板、PPT教学过程教学内容及教师活动学生活动课前复习1.互感线圈同名端的概念。
2.习题1.是否题(8)~(10);2.选择题(7)、(9)、(10);3.填充题(6)。
第七节涡流和磁屏蔽一、涡流1.铁心中由于电磁感应原理产生的涡电流称为涡流。
2.涡流的有害之处:因整块金属电阻很小,所以涡流很大,使铁心发热,温度升高,使材料绝缘性能下降,甚至破坏绝缘造成事故。
3.涡流损失:铁心发热,使一部分电能转换成热能白白浪费,这种电能损失叫涡流损失。
4.减小涡流的措施:铁心用涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压制成。
5.涡流的利用:用于有色金属、特种合金的冶炼。
二、磁屏蔽学生听练1.磁屏蔽:为了避免互感现象,防止出现干扰和自激,须将有些仪器屏蔽起来,使其免受外界磁场的影响,这种措施叫磁屏蔽。
2.屏蔽措施:(1)用软磁材料做成屏蔽罩。
(2)对高频变化的磁场,用铜或铝等导电性能良好的金属制成屏蔽罩。
(3)装配器件时,相邻线圈互相垂直放置。
练习课堂小结1.涡流的概念及减小涡流的方法。
2.磁屏蔽的概念及屏蔽措施。
布置作业课后反思。
电工学第6章电动机
2. 接法
定子三相绕组的联接方法。通常
W2 U2
V2
电机容量 3kW Y联结
U1 V1 W1 电机容量 4kW 联结
接线盒
U1
W2 U2 V2
W2 U2
U1
W1 V1
V2
W1
V1 接电源
Y 联结
W2 U1
W2 U2 V2 U1 V1 W1
W1 V2
V1 U2 接电源
联结
3. 电压 电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压值。
2. 改变转差率 s(适合于绕线式)
无级调速
3. 改变电源频率 f1 (变频调速)(适合于鼠笼式)
调速范围 :电动机在额定电流时所能得到的最高转
速和最低转速之比
6.6.1 变频调速 (无级调速)
f=50Hz
+
~
整流器
–
逆变器
f1、U1可调
M
3~
变频调速方法 恒转距调速(f1<f1N) 恒功率调速(f1>f1N)
第6章 交流电动机
本章要求:
1. 了解三相交流异步电动机的基本构造和转动 原理。
2. 理解三相交流异步电动机的机械特性,掌握 起动和反转的基本方法, 了解调速和制动的 方法。
3. 理解三相交流异步电动机铭牌数据的意义。
第6章 交流电动机
电动机的分类: 交流电动机
电动机 直流电动机
同步电动机 三相电动机
6.6.3 变转差率调速 (无级调速)
n
n0 n
•R2 R'2
R2 R'2
T
R2
R'2
n'
•
TL • •
《电工学第六章》课件
电路的欧姆法则
2
和并联电路。
欧姆法则描述了电流、电压和电阻之间
的关系。
3
电源和电路连接
探索电源和电路的不同连接方式。
电功率和能量
电功率的计算和度量
电功率是电路中能量转换的 速率,单位为瓦特。
电能转换和利用
了解电能从一种形式转换为 另一种形式的过程,并应用 到实际生活中。
节能和环保
探索如何在电路设计和使用 中实现节能和环保。
《电工学第六章》PPT课 件
电工学第六章将介绍电的基本概念和电流,以及电阻和电压的计算和度量。 我们将学习如何简化电路分析,并了解电功率和能量的计算和转换。此外, 我们将研究电路中的各种元件及其应用。
电的基本概念与电流
ห้องสมุดไป่ตู้
电荷与电流
电是由电荷带来的,电流是电荷在电路中的流 动。
电流方向
电流的方向被定义为正电荷流动的方向。
电路中的元件
电阻
电路中的电阻控制电流流动。
电容和电感
电容和电感在电路中存储和释放 能量。
电源和开关
电源提供电流,开关控制电路的 通断。
应用实例和案例分析
通过实际的案例和应用实例,将学到的知识应用到实际问题的解决中。
结论和要点
总结本章内容,强调电工学第六章的核心要点,并提醒学生掌握课程中所学 知识的重要性。
导体与绝缘体
导体允许电荷自由流动,而绝缘体不允许电流 通过。
电流的计算和度量
电流的计算使用欧姆定律,单位为安培。
电阻和电压
电阻
电阻是阻碍电流流动的元件,单 位为欧姆。
电压
电压是电势差,指示电流在电路 中的推动力。
电位器
电位器可以调节电路中的电压, 以及分配电流。
电工学(少学时)
河南科技大学教案首页第6章 磁路与铁心线圈电路在很多电工设备中,例如变压器、电机和电磁铁等,不仅有电路的问题,同时还有磁路的问题,只有同时掌握了电路和磁路的理论,才能对电工设备的性能进行全面地分析,或者设计出性能良好的电工设备,或者能正确地使用这些设备。
本章首先简要介绍磁路的分析方法,然后讨论铁心线圈电路,最后讨论变压器与电磁铁,作为应用实例。
§6.1 磁路及其分析方法在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料做成一定形状的铁心。
铁心的磁导率比周围空气或其它物质的磁导率高的多,磁通的绝大部分经过铁心形成闭合通路,磁通的闭合路径称为磁路。
直流电机磁路 交流接触器磁路一.磁场的基本物理量1.磁感应强度B磁感应强度B 是表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。
磁感应强度B 的方向:与电流的方向之间符合右手螺旋定则。
磁感应强度B 的大小:lI FB磁感应强度B 的单位:特斯拉(T),1T = 1Wb/m 2均匀磁场: 各点磁感应强度大小相等,方向相同的磁场,也称匀强磁场。
2.磁通磁感应强度B 与垂直于磁场方向的面积S 的乘积,成为通过该面积的磁通Φ 。
在均匀磁场中 Φ=BS 或 B = Φ/S ,如果不是均匀磁场,则取B 的平均值。
磁感应强度B 在数值上可以看成为与磁场方向垂直的单位面积所通过的磁通,故又称磁通密度。
磁通F 的单位:韦[伯](Wb) 1Wb =1V·s3.磁场强度介质中某点的磁感应强度B 与介质磁导率μ之比称为磁场强度H ,即:μBH =。
磁场强度H 的单位 :安培/米(A/m )安培环路定律(全电流定律):磁场强度矢量沿任意闭合回线(常取磁通作为闭合回线)的线积分,等于穿过闭合回线所围面积的电流的代数和,即:⎰∑=I l H d式中:⎰l H d 是磁场强度矢量沿任意闭合线(常取磁通作为闭合回线)的线积分;∑I 是穿过闭合回线所围面积的电流的代数和。
安培环路定律电流正负的规定:任意选定一个闭合回线的围绕方向,凡是电流方向与闭合回线围绕方向之间符合右螺旋定则的电流作为正、反之为负。
电工学第六章 电工技术(第六版)
Φ固定
IS固定
F随 Rm 变化 U 随 R 变化
交流磁路中磁阻 Rm 对电流的影响
电磁铁吸合过程的分析:
Φ
i
在吸合过程中若外加电
压不变, 则 Φ 基本不变。
u
Rm 大 Rm 小
起动电流大 电流小
IN Φ Rm
电磁铁吸合后(气隙小)
电磁铁吸合前(气隙大)
注意:
如果气隙中有异物卡住,电磁铁长时间吸不上,线
i u
Φ
Φ
U 4.44 f Nm
交流磁路的特点:
当外加电压U、频率 f 与 线圈匝数N一定时, Φm 便
eL e
基本不变。根据磁路欧姆
定律 IN
Φ Rm ,当Φm
一定时磁动势IN随磁阻 Rm 的变化而变化。
交流磁路和电路中的恒流源类似
F Φ Rm 直流电路中: U I S R
6.1 磁路及其分析方法
6.1.1 磁场的基本物理量 一、磁感应强度:表示磁场强弱和方向的物理量
F B Il
用一个与磁场方向垂直的1米长导体 通以1A电流时导体上受的力来衡量。
也可看成与磁场方向相垂直的单位面积上通过 的磁通(磁力线)。所以B又可称为磁通密度。
二、磁通
磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S 的乘积,称为通过该面积的磁通。
eL e
u i(Ni)
d di e N L dt dt
d e N dt
2.电压电流关系
交流激励 线圈中产生感应电势
i
Φ
Φ
Φ和 Φ
电路方程:
产生 的感应电势
u
eL e
u uR ( el ) ( e ) dΦ dΦ Ri N N dt dt
电工学(I)第六章
uC (0 ) = U0 ≠ 0, 电容相当于恒压 2. 换路瞬间,若 换路瞬间,
源,其值等于 U0 ; 3. 换路瞬间,若 iL(0 ) =I0 ≠0 ,电感相当于恒流源, 换路瞬间, 电感相当于恒流源, 电感相当于恒流源 其值等于 I0 ;
(3-12)
§6-3
一阶电路的零输入响应
暂态过程按能量来源可分以下三种响应: 暂态过程按能量来源可分以下三种响应: 1. 零输入响应:在无外加激励条件下,仅由 零输入响应:在无外加激励条件下, 内部储能引起的响应,为零输入响应; 内部储能引起的响应,为零输入响应; 2. 零状态响应: 无内部储能,仅由外加电源 零状态响应: 无内部储能, 激励信号产生的响应为零状态响应; 激励信号产生的响应为零状态响应; 3. 全响应:电路元件上的内部储能和外加电 全响应: 源激励均不为零时的响应,为全响应。 源激励均不为零时的响应,为全响应。
WL 不能突变
i L 不能突变
(3-6)
证明电容电压不能突变 证明电容电压不能突变 * S + _E R i
发生突变, 若 c 发生突变,
uC
u
C
S 闭合后,列回路电压方程: 闭合后,列回路电压方程:
du c =∞ dt
违反KVL 违反 不可能!
du C E = iR + u C = RC + uC dt du (i = C ) dt 所以电容电压
第6章 章 电路的瞬态分析
(3-1)
§6-1 概述
“稳态”与 “暂态”的概 稳态” 暂态” 稳态 念: S
+ _
R
+
R
10V
uC
C
_
10V
uC
电工学第六章
磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着 外磁场的增强而无限的增强。 外磁场的增强而无限的增强。当外磁场增大到一定 程度时,磁性物质的全部磁畴的磁场方向都转向与 外部磁场方向一致,磁化磁场的磁感应强度将趋向 某一定值。如图。 BJ 磁场内磁性物质的磁化磁场 的磁感应强度曲线;
B0 磁场内不存在磁性物质时的 磁感应强度直线; B BJ曲线和B0直线的纵坐标相 加即磁场的 B-H 磁化曲线。
B
a • b • B BJ B0
O
2. 磁饱和性
磁化曲线
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H
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B-H 磁化曲线的特征: B b B • Oa段:B 与H几乎成正比地增加; a BJ • ab段: B 的增加缓慢下来; b点以后:B增加很少,达到饱和。 B0 有磁性物质存在时,B 与 H不成 O 磁化曲线 H 正比,磁性物质的磁导率不是常 B, 数,随H而变。 有磁性物质存在时,与 I 不成 B 正比。 磁性物质的磁化曲线在磁路计 算上极为重要,其为非线性曲线, O 实际中通过实验得出。
பைடு நூலகம்
由上例可见,磁场内某点的磁场强度 H 只与电流 大小、线圈匝数、以及该点的几何位置有关,与磁 场媒质的磁性() 无关;而磁感应强度 B 与磁场媒 质的磁性有关。
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物质的磁性
1. 非磁性物质 非磁性物质分子电流的磁场方向杂乱无章,几乎 不受外磁场的影响而互相抵消,不具有磁化特性。 非磁性材料的磁导率都是常数,有: 0 r1
I
线圈匝数与电流的乘积NI ,称为磁通势,用字母 F 表示,则有 F = NI 磁通由磁通势产生,磁通势的单位是安[培]。
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电路教案第6章n-精品
为求正弦稳态响应,1893年斯台麦兹首先把复数理论用于电路,从而
为分析电路的正弦稳态响应提供了有力的工具。运用复数分析电路的方法
称为相量法(phasor method)。
西
安 电
复数的有关知识复习
子 科
虚数单位 j = 1
Im
技 大
1.
复数的表示
b
A
学 电
直角坐标:A = a + jb
路
|A| θ
体
室 制
电流i 2Icos(t)。
作
见P150图4.2-2
第 6-15 页
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二、 正弦量的相量运算
1、 同频率正弦量相加减
西 安
u1(t) 2U1cost(1)Re( 2U 1ejt)
电 子 科
u2(t) 2U2cost(2)Re( 2U 2ejt)
与 系
极坐标:A = |A|ejθ = |A|∠θ 0
a Re
统 多
(a)复平面表示的复数
媒
两种表示法之间的关系:
体
室 制 作
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a | A| cos
b | A| sin
A
|A| θ
0
+1
(b)简画法
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第六章电子器件
6.1 半导体器件
6.1.1 本征半导体
一、本征半导体
1.概念:导电能力介于导体和绝缘体之间。
2.本征半导体:纯净的具有晶体结构的半导体。
3.本征激发:在热激发下产生自由电子和空穴对的现象。
4.空穴:讲解其导电方式;
5.自由电子
6.复合:自由电子与空穴相遇,相互消失。
7.载流子:运载电荷的粒子。
二、杂质半导体
1.概念:通过扩散工艺,掺入了少量合适的杂质元素的半导体。
2.N型半导体(图1.1.3)
1.形成:掺入少量的磷。
2.多数载流子:自由电子
3.少数载流子:空穴
4.施主原子:提供电子的杂质原子。
3.P型半导体(图1.1.4)
1.形成:掺入少量的硼。
2.多数载流子:空穴
3.少数载流子:自由电子
4.受主原子:杂质原子中的空穴吸收电子。
5.浓度:多子浓度近似等于所掺杂原子的浓度,而少子的浓度低,由本征激发形成,对温度敏感,影响半导体的性能。
6.1.2 PN结
一、PN结的形成(图1.1.5)
1.扩散运动:多子从浓度高的地方向浓度低的地方运动。
2.空间电荷区、耗尽层(忽视其中载流子的存在)
3.漂移运动:少子在电场力的作用下的运动。
在一定条件下,其与扩散运动动态平衡。
4.二极管
二、二极管的单向导电性
1.二极管外加正向电压:导通状态
2.二极管外加反向电压:截止状态
三、二极管的伏安特性
1. 正向特性、反向特性
2. 反向击穿:齐纳击穿(高掺杂、耗尽层薄、形成很强电场、直接破坏共价键)、雪
崩击穿(低掺杂、耗尽层较宽、少子加速漂移、碰撞)。
四、二极管的主要参数
1. 最大整流电流I F :长期运行时,允许通过的最大正向平均电流。
2. 最高反向工作电压U R :工作时,所允许外加的最大反向电压,通常为击穿电压的
一半。
3. 反向电流I R :未击穿时的反向电流。
越小,单向导电性越好;此值对温度敏感。
4. 最高工作频率f M :上限频率,超过此值,结电容不能忽略。
五、 稳压二极管
一、符号及特性:
二、稳压管的主要参数
1. 稳定电压U Z :反向击穿电压,具有分散性。
2. 稳定电流I Z :稳压工作的最小电流。
6.1.3双极型晶体管
双极型晶体管(BJT: Bipolar Junction Transistor ) 几种晶体管的常见外形(图1.3.1)
一、结构及符号
1. 构成方式:同一个硅片上制造出三个掺杂区域,并形成两个PN 结。
2. 结构:
● 三个区域:基区(薄且掺杂浓度很低)、发射区(掺杂浓度很高)、集电区(结面积
大);
● 三个电极:基极、发射极、集电极;
● 两个PN 结:集电结、发射结。
3. 分类及符号:PNP 、NPN
二、晶体管的电流放大作用
1. 基本共射放大电路(图1.3.3)
● 输入回路:输入信号所接入的基极-发射极回路;
● 输出回路:放大后的输出信号所在的集电极-发射极回路;
● 共射放大电路:发射极是两个回路的公共端;
● 放大条件:发射结正偏且集电结反偏;
● 放大作用:小的基极电流控制大的集电极电流。
2.共射直流电流放大系数:CBO
B CBO
C B CN I I I I I I +-='=β 3.共射交流电流放大系数:当有输入动态信号时,B c i i ∆∆=
β
三、特性曲线
1. 输入特性曲线(图1.3.5)常数==CE u BE B u f i )(,解释曲线右移原因,与集电区收集电子
的能力有关。
2. 输出特性曲线(图1.
3.6)常数==B I CE C u f i )((解释放大区曲线几乎平行于横轴的原因)
● 截止区:发射结电压小于开启电压,集电结反偏,穿透电流硅1uA ,锗几十uA ; ● 放大区:发射结正偏,集电结反偏,i B 和i C 成比例;
● 饱和区:双结正偏,i B 和i C 不成比例,临界饱和或临界放大状态(0=CB u )。
四、主要参数
1. 电流放大系数 共射直流电流系数β、共射交流电流放大系数β
2. 极间反向电流CBO I 、CEO I
3. 极限参数(图1.3.7)
1. 最大集电极耗散功率CM P ;
2. 最大集电极电流CM I :使β明显减小的集电极电流值;
3. 极间反向击穿电压:晶体管的某一电极开路时,另外两个电极间所允许加的最高反
向电压,U CBO 几十伏到上千伏、 U CEO 、 U EBO 几伏以下。
CEO CER CES CEX CBO U U U U U >>>>
1.3.6 光电三极管
一、构造:(图1.3.10)
二、光电三极管的输出特性曲线与普通三极管类似(图1.3.11)
三、暗电流:I CEO 无光照时的集电极电流,比光电二极管的大,且每上升25度,电流上升
10倍;
四、光电流:有光照时的集电极电流。
6.1.4 场效应管
结型场效应管 绝缘栅型场效应管
一、绝缘栅场效应管的结构和符号
1. N 沟道增强型MOS 管
(1) 结构:衬底低掺杂P ,扩散高掺杂N 区,金属铝作为栅极;
(2) 工作原理:
● 栅源不加电压,不会有电流;
● 0=DS u 且0>GS u 时,栅极电流为零,形成耗尽层;加大电压,形成反型层
(导电沟道);开启电压)(th GS U ;
● >GS u )(th GS U 为一定值时,加大DS u ,D i 线性增大;但DS u 的压降均匀地降
落在沟道上,使得沟道沿源-漏方向逐渐变窄;当GD u =)(th GS U 时,为预夹断;之后,DS u 增大的部分几乎全部用于克服夹断区对漏极电流的阻力,D i 出现恒流。
此时,对应不同的GS u 就有不同的D i ,从而可以将D i 看为电压GS u 控制的电流源。
2. N 沟道耗尽型MOS 管
3. P 沟道MOS 管:漏源之间加负压
二、场效应管的主要参数
1. 开启电压U GS(th):是U DS 一定时,使i D 大于零所需的最小GS U 值;
2. 夹断电压U GS(off):是U DS 一定时,使i D 为规定的微小电流时的u GS ;
3. 饱和漏极电流I DSS :对于耗尽型管,在U GS =0情况下,产生预夹断时的漏极电流;
4. 直流输入电阻R GS(DC):栅源电压与栅极电流之比,MOS 管大于Ω910。
5. 低频跨导:常数
=∆∆=DS U GS D
m u i g 6. 极间电容:栅源电容C gs 、栅漏电容C gd 、1~3pF ,漏源电容C d s0.1~1pF
7. 极限参数
● 最大漏极电流I DM :管子正常工作时,漏极电流的上限值;
● 击穿电压:漏源击穿电压U (BR)DS ,栅源击穿电压U (BR)GS 。
● 最大耗散功率P DM :
● 安全注意:栅源电容很小,容易产生高压,避免栅极空悬、保证栅源之间的直
流通路。